地面戰場偵察傳感器系統分析研究?

張文強 周 彪 趙博林 蘇 浩

（空軍工程大學防空反導學院 西安 710051）

（68306部隊 西安 710600）

地面戰場偵察傳感器系統分析研究?

張文強 周 彪 趙博林 蘇 浩

（空軍工程大學防空反導學院 西安 710051）

（68306部隊 西安 710600）

論文闡述了地面戰場偵察傳感器系統的發展歷程，重點對地面戰場偵察傳感器系統發展的現狀及面臨的棘手問題進行分析，分類對傳感器裝備的戰技性能進行探究，最后展望了該系統在未來信息化戰場上的運用。

地面；戰場；偵察；傳感器；系統；發展

ClassNum ber TP274

1 引言

地面戰場偵察傳感器系統是指以戰場環境為依托，以信息化為基礎，運用地面戰場視頻彈、偵察雷達、偵察彈、懸浮彈、炮射偵察器等多種形式，為已方提供有價值的信息。實現對戰場敵方行動的探測、戰場信息實時的傳輸，提供給指揮員和戰場保障人員對整個作戰信息空間的及時掌控。

2 地面戰場偵察傳感器系統發展歷程

美軍于20世紀60年代首次提出戰場偵察傳感器系統的理論，其主要功能是：戰場上對敵方可實施偵察，對己可警戒監視、提供防敵滲透、入侵報警、防敵偷襲等功能的設備。在越戰期間，美軍為了監視越軍的戰場動態，1966年美國國防部成立專門小組，撥款7億美元研發出了兩套地面監視系統，分別配置在越南非軍事區的“雙刃”系統和在老撾的“白屋”支援封鎖系統，這是地面戰場偵察傳感器的最早的雛形［21］。

1970年，美國國防部牽頭各軍兵種研發戰場傳感偵察監視系統，1971年美陸軍決定將上述傳感器系統歸類為“東南亞作戰傳感器系統（SEAOPASS）”［1］。同時美陸軍開始研發可使用于世界各地、全天候的傳感器，1972年成立了“倫巴斯（REMBASS）”計劃辦公室，開始研制最著名的“改進倫巴斯（IREMBASS）”型偵察傳感器系統的樣機。為了解決偵察系統在戰場中的機動問題，前蘇聯在1972年開始研制具有較強機動性的戰場偵察系統（CHAP2），并于當年交付作戰部隊使用。為解決偵察系統在作戰中探測距離問題，1981年英國RACAL公司研制并生產了“克拉西克（CLSSIC）”遠距離地面傳感器系統，并于次年交付部隊使用。此外，英國還有TOBIAS地面震動式戰場入侵報警系統和遠距離地面傳感器系統（HERMES）等［2］。

到20世紀90年代，地面戰場偵察傳感器系統的功能只是對目標進行探測和分類。但隨著科學技術和高速處理器技術的發展，很快實現了實時探測空中和地面目標，識別并確定其大概位置。在越來越多的信息化戰爭的驅使下，并伴隨著現代化智能彈藥和精確打擊武器的出現，現代化戰爭中，該系統必將成為作戰效能評估的重要手段［3］。現在，地面戰場偵察傳感器系統已經發展到利用無線傳輸技術，運用網絡組成多個傳感器陣列組成分布式的系統，實現信息實時共享。從美軍提出地面戰場偵察傳感器系統以后，世界多個國家在該基礎理論上開始對偵察傳感器進行研究。經過近半個多世紀的發展，以及近現代幾次實戰的檢驗，戰場偵察傳感器系統現已發展的較為成熟。

3 地面戰場偵察傳感器系統的現狀

各國現有已裝備部隊的地面戰場偵察傳感武器系統，主要包括戰場偵察雷達、磁性傳感器、紅外傳感器、震動傳感器、聲響傳感器、壓力傳感器等系統。同其它戰場偵察設備相比，地面傳感器系統結構相對簡單，便于攜帶埋伏，易于偽裝。它可通過飛機空投、人工布設或火炮拋射等方式布置在敵人活動的區域，特別是在其它偵察器材距離達不到、受地物、地形遮擋等情況時，便以可采用戰場偵察傳感器系統進行偵測［4］。不同類型的傳感器的工作方式、適應戰場環境有所不同，下面主要就這六種傳感器系統進行簡要的分析。

3.1 戰場偵察雷達

戰場偵察雷達，其原理是利用發射機產生高頻信號經天線定向地發射出去，再接收空中目標的反回的波束，通過電磁波的多普勒效應來探測目標。當雷達的高頻波束內有地面目標和地物時［20］，就會產生回波，并由戰場偵察雷達天線接收，通過內置的去耦裝置進入接收機，回波信號在接收機內經過變換和放大，然后進入多普勒頻率選擇器，信號經一系列相應的變換后，進入顯示器，從而使雷達操作手判斷有無目標。通過探測不僅可發現運動目標，而且還可以測量出目標的方位和距離。

美陸軍旅級、營級主要裝備有中遠程地面戰場偵察雷達和近程地面戰場偵察雷達，主要對巡航導彈、低空飛機、隱身飛機、直升機和地面火炮等目標進行偵測。中遠程地面戰場偵察雷達采用的是遠程、大孔徑、相控陣旋轉天線的火控和跟蹤雷達［19］。該雷達輸出功率大，配備有數字自適應波束形成可編程波形發生器。不僅可以偵察巡航導彈和隱身飛機，而且還可以偵測獨立機動的戰斗部、“低、慢、小”目標和彈道導彈。例如，洛克希德·馬丁公司研制的特高頻偵察雷達就屬于美軍的中遠程地面戰場偵察雷達。近程地面戰場偵察雷達一般為便攜式裝備［5］，作戰時安裝在三腳架或專用車輛上，主要用來執行地面近距離偵察任務，或探測低空飛機、直升機和地面火炮。例如，美陸軍偵察營裝備的“AN/PPS-15”型雷達，主要用于偵察地面運動和固定的目標，并能測定其方位坐標。該雷達波束很窄，方向分辨率比較高，該雷達有可攜出使用的部分，該功能可便于在作戰中使用。

近年來，又出現了一種叫做“自適應”的雷達［6］，該雷達在外界環境作用下可改變自己的特性參數，便于較好地對周圍戰場進行探測。因此可以看出，這種雷達在戰斗使用的過程中，可靠性程度極高，所獲情報的準確程度和可靠程度方面，都比普通雷達要好得多，發展潛力巨大。

3.2 紅外傳感器

紅外傳感器一般可分為主動式紅外傳感器和被動式紅外傳感器。主動紅外傳感器是用一對紅外發射與紅外接收的裝置，組成一個紅外線的對射系統，如果發射和接收系統之間的不可見光路被擋住，接收機裝置就會發出警報信號。被動式紅外傳感器工作是沒有能量之間的傳輸［7］，只是被動的接收能量，以此達到探測環境中的紅外輻射的目的。如果區域內沒有紅外輻射的物體，此時紅外輻射的頻率保持不變；若有紅外輻射的物體通過時，特定的光學系統會使檢測設備產生特定的信號，通過預先電路的設定就會產生報警信號。

地面戰場偵察傳感器系統采用最多的是無源被動式紅外傳感器，無源被動式紅外傳感器是利用鉭酸鋰受熱釋電的原理而制成的。無源被動式紅外傳感器通常被隱蔽布設在監視區或者道路附近，當有目標經過時，紅外探測裝置會接收紅外輻射信號，敏感元件就會釋放出電荷，變成電信號輸出，信號經相應變換后，進入顯示器，從而使紅外傳感器操作手判定有無目標。例如，美國的Indigo系統公司研發的“歐米伽”攝像機［8］，重量小于0.12kg，不加鏡頭的尺寸為3.4×3.7×4.8cm。可用作地面無人值守傳感器，工作在長波紅外波段，工作溫度為-5～60℃，可分辨溫差最大為0.075K（K是開氏絕對溫標），存儲器中可一次性存儲500多幅圖像。

表1 典型戰場偵察雷達性能參數表

在地面戰場紅外偵察傳感器系統中最常用的是紅外傳感器熱成像儀，它是利用無源被動式紅外傳感器的工作原理，通過外部信號處理從而獲取景物的熱圖像，可用于搜索和跟蹤目標，紅外傳感器熱成像儀隱蔽性非常好，一般不容易受到干擾。外軍裝備的夜視瞄準具就是使用紅外傳感器技術［9］，可用作輔助偵察設備，為單兵夜間作戰提供了支撐。例如，加拿大本迪克斯·艾弗勒克斯公司和新加坡查特德工業公司聯合研制的AN/TAS-502遠程夜視儀，該系統重4kg，電池連續工作時間16h；以色列埃爾比特公司研制的YUVAL遠程晝夜觀察系統［10］，采用帶微光電視攝像機，該系統可在強陽光下或微弱月光下使用，它可發現30km處的主戰坦克，在月光能見度為23.5km，可在16km處識別坦克型號。

表2 戰場紅外傳感器性能參數表

地面戰場偵察傳感器系統結構示意圖如圖1～圖3所示［11］。

圖1 現場站：傳感器探測子系統

圖2 中繼站：轉發子系統

圖3 中央處理機：信息處理與目標識別子系統

3.3 聲響傳感器

聲響傳感器，是一種收集運動目標發出的聲響信號，經處理后可實現對運動目標探測的偵察裝置。簡單來說，聲響傳感系統的探測器就像我們日常使用的“話筒”。它可以把目標發出的聲音信號轉化為電子信號發送給監控中心，監控中心收到電信號后再還原為聲音信號，通過此原理對目標進行識別、探測。聲響傳感器的最大優點是分辨能力強，它能區別出目標的性質，對人員進行監測時，不僅可以直接聽到聲音，還能根據話音判別國籍、身份信息和談話內容。如果探測的目標是車輛，則可以根據聲響判別車輛的種類，還可判出是人為聲響還是自然聲響，從而排除自然界的干擾。聲響傳感器的探測范圍也較大，一般對人員正常談話探測距離可以達到40m，對運動車輛可以達到數百米。

聲測傳感器的優點是被動作業，不局限于通視條件。聲響傳感器系統不受假目標的欺騙［12］，可晝夜、全天候持續工作，而且還具有邊搜索邊跟蹤的作戰能力。例如，20世紀90年代以來，美國科學應用國際公司研制的識別與跟蹤聲測系統［17］。該系統采用了4個傳感器，組成直徑約為3m的陣列，可設置在地面或車輛上。配套設備主要是68040型處理器，可同時處理20批目標，可根據聲音的特性對車輛和人員發出的聲音進行自動探測和定位。該型傳感器設備已交付使用，主要應于無人駕駛地面偵察車上；法國塞里薩公司在上世紀末研制可在沙漠地區探測直升機的RACHID型聲測系統，該系統使用的是太陽能供電，可由便攜式計算機控制，最大可對正面寬20～30km的12個傳聲器陣列的收集來的數據同時進行處理。

然而，聲響傳感器耗電量較大，所以，戰場聲響傳感器一般是人工指令信號控制，或與震動傳感器并聯使用。其原理是：平時震動傳感器處于工作狀態，聲響傳感器處于關機狀態。一旦震動傳感器探測到目標，再開啟聲響傳感器，從而就可以把震動傳感器耗電少與聲響傳感器鑒別目標能力強的兩個優點結合起來，相互配合完成探測任務的目的。

3.4 震動傳感器

震動傳感器工作原理類似于記錄震波的地震儀，是傳感器中使用最為普遍的一種。這種傳感器在探測目標時，主要是通過震動探頭捕捉目標的活動情況，從而來探測目標。通常測震器要設在地表層，當目標經過附近時，傳感器將目標引起的震動信號轉化為電信號，經放大處理發給監控中心，監控中心進而進行實時的戰場監測。

震動傳感器探測靈敏度高、距離遠，通常可探測到30m以內的人員和300m以內的車輛。震動傳感器還具有一定的分辨能力，不僅可區分人為的震動與自然震動，還能區分震動目標的種類。震動傳感器的耗電量很少，自帶電池可使用數月不需更換，傳感器可在開啟后不間斷地進行監視，目標很難逃脫。震動傳感器的探測距離會受地面土質變化的影響：如土質硬，探測距離遠；土質軟，探測距離近［8］。

3.5 磁性傳感器

磁性傳感器又稱遙控電磁傳感器，它的主要偵測裝置為一個磁性探頭。工作原理是磁性探頭連續發出無線電信號，在探頭周圍形成一個靜的磁場，當鐵磁金屬制成的物體（如步槍、車輛等）進入該磁場，就會產生一個新的磁場，從而破壞了原來的靜磁場。由于目標的運動使靜磁場發生了變化，引起磁性探頭指針的偏轉與擺動，產生對應的電信號，系統將電信號發往監測中心。磁性傳感器鑒別目標性質的能力強，對目標探測的反應速度快，能探測快速運動的目標，從而實現對人和車輛的探測。

磁性傳感器對目標探測的能力較強，可區分徒手人員、武裝人員和各種車輛；同時，對目標探測的反應速度也較快，一般為2.5s，可實時探測快速運動的目標。同其它傳感器對比，磁性傳感器能適應多種環境下的戰場偵察，可適用于震動傳感器難以探測的沼澤、水網地區，彌補了震動傳感器的不足。例如，美國L-3通信公司的“遠距離監控戰場傳感器系統”屬于無人值守地面傳感器系統，該系統是通過磁性傳感器對目標進行探測和分類。最新型無人值守地面傳感器系統可以探測75m處的人員、500m處的輪式車輛和750m處的履帶裝甲車輛。

3.6 壓力傳感器

壓力傳感器，或稱應變電纜傳感器，探測器是一根極細的應變電纜，戰場使用時應埋設在目標可能通過的路面下。當目標通行時壓過淺埋的應變電纜時，電纜因受擠壓而產生變形，電纜上電阻發生變化，產生電信號，起到報警作用。壓力傳感器是使用最早、種類最多的傳感器，美軍在越戰中，就投入了大量的壓力傳感器，對戰場進行監測。與其它傳感器相比，壓力傳感器的優點是信息判斷準確、虛警率低、抗電磁干擾能力強、響應快等［6］。但這種傳感器只有當運動目標通過電纜時，才能發現目標，并且不具備敵我識別功能，探測范圍通常只有30m左右，所以在野戰使用中有很大的局限性。

4 地面戰場偵察傳感器研究面臨的問題

4.1 持續作戰能力問題

地面偵察傳感器的持續工作時間是信息采集的基礎，現階段制約傳感器發展的主要因素是供電問題。通常為了提高隱蔽性，傳感器的設計的一般都特別小，或者做成動物、植物的外形，以此作為偽裝，迷惑敵人。然而，傳感器小體積中既要容納各類器件，還有工作電源，在狹小的傳感器內，既要保證功能的完備，又要保證工作的持續時間，以后的研究，必將要在體積與電源問題上進行平衡處理。

4.2 信息傳輸保密問題

地面戰場偵察傳感器得到的信息，往往需要直接或間接以無線電信號的方式傳到情報中心。然而搜集的信息在傳輸過程中極有可能被敵方偵測截獲，現階段通常采用的是數據壓縮技術，盡可能減少發送時間，以此來降低被截獲的機率。在戰場條件允許的情況下，也可采用軍用無線通訊技術，如跳頻、加密等方法增強信息的安全性，但這些裝置會增加傳感器的重量、體積，不便于投放，而且也會增大被敵發現的概率。

4.3 多傳感器數據融合問題

多傳感器信息的數據融合及敵我識別是一項較為棘手的問題，是防止“虛警”和“漏警”的關鍵技術。信息化戰場上成千上萬個傳感器同時收集戰場數據，這些數據通過不同的方式傳到監控中心，監控中心以一個什么樣的統一化的標準進行歸類區分，把同一個目標在不同傳感器上收集的信息進行整合，并進行敵我識別，對有用信息進行篩選、融合，傳輸給情報中心。然而，情報中心面對大量的戰場傳回數據，現階段還沒有一個高效的歸類融合系統，有可能導致錯失戰機。

5 結語

西方發達國家的戰場偵察傳感器系統已經投入實戰使用，而我國還處于起步階段，雖然近年來取得了一些成果，但是差距還很大。現階段我軍戰場傳感器主要采用戰場視頻手段對戰場態勢進行掌控，例如用火炮發射至敵方上空的戰場視頻彈、戰場懸浮彈等。我軍應該在汲取外軍多功能傳感器的基礎之上，主要從微型化、網絡化、便捷使用、信息處理的角度去展開研究。隨著戰場信息化程度越來越高，傳感器系統必將成為采集態勢信息的重要手段，充分運用好地面戰場偵察傳感器，及時、準確掌握戰場動態，緊握作戰時節才是制勝的關鍵。

［1］劉先省.傳感器管理方法研究［D］.西安：西北工業大學，2000：53-55

［2］石章松，王輝華，王航宇.協同傳感器管理體系結構及方法［J］.電子器件，2005，38（9）：571-576.

［3］梁繼民，多傳感器決策融合方法研究［D］.西安：西安電子科技大學，1999：5-9.

［4］陳繼軍，多傳感器管理及信息融合［D］.西安：西北工業大學，2002：7-11.

［5］朱斯平，戰場多傳感器管理系統研究［D］.成都：電子科技大學，2011：21-25.

［6］周開利，陶然，王越等.多傳感器ATR系統中傳感器的選配［J］.系統工程與電子技術，1999，21（12）：57-59.

［7］蘆建輝，陳東鋒，萬朝江等.主被動傳感器實時信息融合的 STMHM算 法［J］.電 子 學 報 ，2012，40（9）：1740-1745.

［8］張明友.雷達電子戰通信一體化概論［M］.北京：國防工業出版社，2010：55-58.

［9］劉志春，袁文，蘇震.美國艦載電子戰系統的發展［J］，艦船電子工程，2008，168（6）：30-34.

［10］胡笑旋，張強.多傳感器協同管理機制研究［C］//中國儀器儀表學會第九屆青年學術會議論文集，北京，2007：43-46.

［11］趙玉，吳華等.先進戰機射頻集成系統干擾資源管控［J］，電子與控制，2013，6（6）：7-11.

［12］沈洋，李修和，陳永光.一種新的壓制性干擾技戰術研究［J］.電子與信息學報，2008，30（5）：1068-1071.

Current Development and Outlook of G round Reconnaissance Sensor System

ZHANGWenqiang ZHOU Biao ZHAO Bolin SU Hao
（Airand Missile Defense College，Air Force Engineering University，Xi'an 710051）
（No.68306 Troopsof PLA，Xi'an 710600）

The paper describes the development course ofground reconnaissance sensor system，focuses on the analysis of the current development and difficult issues of the ground reconnaissance sensor system，and researches on the tactical and technical performance of classified sensor equipment.Finally，it prospects the application of the system used in the future information battlefield.

ground，battlefield，reconnaissance，sensor，system，actuality

TP274

10.3969/j.issn.1672-9730.2017.09.004

2017年3月6日，

2017年4月28日

張文強，男，研究方向：防空兵地面戰場任務規劃模塊。周彪，男，碩士研究生，研究方向：防空反導戰術。趙博林，男，研究方向：軍隊指揮。蘇浩，男，碩士研究生，研究方向：防空識別區問題。